多層砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析

張本一

摘要：提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，應(yīng)從構(gòu)造上加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。對(duì)多層砌體的層數(shù)和高度進(jìn)行控制；對(duì)房屋高寬比、抗震橫墻最大間距等進(jìn)行控制；并加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，有效的設(shè)置構(gòu)造柱及圈梁，使得砌體結(jié)構(gòu)的整體抗震性能得以加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：高度和高度限制；高寬比限制；抗震構(gòu)造措施

砌體結(jié)構(gòu)是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造的結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。眾所周知，磚、石是地方材料，用其建造的房屋符合“因地制宜，就地取材”的原則。砌體結(jié)構(gòu)房屋由于其造價(jià)低廉、工藝操作簡(jiǎn)單、施工速度快，在我國(guó)建筑工程中，尤其是中小城市被廣泛使用著。但是由于砌體的強(qiáng)度較低，并且屬于脆性材料，因此就決定了其抗震性能較差的缺點(diǎn)。而我國(guó)的國(guó)土面積，有三分之二以上被規(guī)劃為抗震設(shè)防6度及6度以上地區(qū)，這就說(shuō)明我國(guó)的砌體結(jié)構(gòu)建筑物將受到不同的烈度的地震的考驗(yàn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外多次地震的證明：砌體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震中的破壞是極其嚴(yán)重的。2008年汶川地震、2010年玉樹(shù)地震，都造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。和混凝土及鋼相比，砌體材料的拉壓承載力特性相差甚遠(yuǎn)，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)砌體不是理想的彈性材料，更不適合作為抗震結(jié)構(gòu)材料。但是考慮到我國(guó)的基本國(guó)情，取消或淘汰砌體結(jié)構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的。因此加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力，成為現(xiàn)階段砌體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，主要是抗震構(gòu)造問(wèn)題。

我國(guó)砌體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造大多是實(shí)際的震害中總結(jié)得來(lái)的，根據(jù)新版《抗震規(guī)范》及《砌體規(guī)范》，設(shè)計(jì)是應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

1.多層砌體房屋的層數(shù)和高度控制

根據(jù)國(guó)內(nèi)震害調(diào)查統(tǒng)計(jì)并參考國(guó)內(nèi)有關(guān)規(guī)范，作為砌體結(jié)構(gòu)的重要抗震措施之一就是限制房屋建造的層高及高度。根據(jù)不同的烈度區(qū)的同類結(jié)構(gòu)震害統(tǒng)計(jì)，房屋的層數(shù)與震害程度成正比。對(duì)于房屋高度與震害程度并不十分明確，但是，一般砌體結(jié)構(gòu)房屋的層高較規(guī)律，因此，以3m為基準(zhǔn)的層高作為高度的控制是恰當(dāng)?shù)?。不同種類的砌體材料，在限制高度上也是有所區(qū)別的。多孔磚在相同的烈度下，較實(shí)心磚在層數(shù)與高度上有一定的減小，這是由于多孔磚砌體房屋具有比實(shí)心磚砌體更大的脆性，進(jìn)而會(huì)發(fā)展成突然破壞倒塌，這是我們要求避免的。即使多孔磚砌體在砌筑時(shí)進(jìn)行灌孔，能夠提高砌體的抗剪強(qiáng)度有利于抗震，但砌筑時(shí)灰漿不易飽和，對(duì)于多孔磚砌體也是不利的一面。因此對(duì)于多孔磚砌體的層數(shù)和高度限制，比實(shí)心磚有所降低是合適的。

2.多層砌體房屋的高寬比的控制

多層砌體房屋的層高和高度受到限制后，基本是剪切型的剛性建筑，因此其破壞模式呈剪切型。但是當(dāng)高寬比過(guò)大時(shí)，其破壞模式可能會(huì)呈現(xiàn)彎曲型破壞，甚至出現(xiàn)整體傾覆的可能。例如單面走廊的學(xué)校教學(xué)樓、辦公樓等，或單邊挑廊的建筑，其房屋進(jìn)深較小而高度則較高時(shí)，地震時(shí)極易發(fā)生整體傾覆破壞，而這是我們最不愿意出現(xiàn)的震害破壞。因此，為了保證砌體結(jié)構(gòu)在水平地震作用時(shí)不產(chǎn)生彎曲破壞，甚至整體傾覆破壞的現(xiàn)象，必須嚴(yán)格的控制房屋的最大高度比。

2.建筑平面接近正方形時(shí)，其高寬比宜適當(dāng)減小。

3.抗震橫墻的最大間距限制

多層砌體房屋的承重墻體為抗側(cè)力構(gòu)件，地震作用下兩個(gè)主軸方向上的水平地震作用，分別由兩個(gè)主軸方向上的墻體來(lái)承擔(dān)。一般情況下，房屋的縱向墻體間距不會(huì)過(guò)大，因此對(duì)于縱墻的間距沒(méi)有加以限制。但是橫墻的間距有時(shí)可能較大，在整個(gè)橫向水平地震作用下，可能無(wú)法滿足強(qiáng)度要求，或產(chǎn)生較大的震害。因此多層砌體房屋的橫墻間距應(yīng)當(dāng)由兩個(gè)因素控制即強(qiáng)度與抗震措施，強(qiáng)度要求一般情況下均能滿足，抗震措施對(duì)與橫墻的間距限制是由從地震區(qū)的震害調(diào)研結(jié)果中得出的。研究結(jié)果表明：多層砌體房屋橫墻的多少，間距的大小，直接會(huì)影響砌體房屋的抗側(cè)力能力及震害的嚴(yán)重性。一般住宅建筑的橫墻間距較小，其震害相對(duì)表現(xiàn)較??；而一些公共建筑的橫墻間距較大，其震害相對(duì)表現(xiàn)較重。因此，對(duì)于多層砌體房屋必須限制其橫墻的最大間距，以保證地震作用下的安全。

4.多層砌體房屋結(jié)構(gòu)體系的選擇

多層砌體房屋結(jié)構(gòu)體系包括：橫墻承重、縱墻承重和縱橫墻混合承重。在這三種結(jié)構(gòu)體系中，縱墻承重的結(jié)構(gòu)體系在地震時(shí)破壞比較嚴(yán)重，這是因?yàn)榈卣鹚搅χ饕怯蓹M墻來(lái)承擔(dān)，縱墻承重其橫墻必然較少，故抗側(cè)力能力較差；縱墻承重的結(jié)構(gòu)體系其抗震能力較好，橫墻直接承擔(dān)地震水平作用力，且滿足橫墻最大間距限制，橫墻承重的結(jié)構(gòu)布置是最有利于抗震的；縱橫墻混合承重的結(jié)構(gòu)體系，是目前廣泛采用的結(jié)構(gòu)布置方式，樓板多采用現(xiàn)澆板，現(xiàn)澆板使縱向和橫向墻體能夠聯(lián)合承重，從墻體受力的均勻性上是有利于抗震的，因此可以采用。無(wú)論采用哪種結(jié)構(gòu)布置形式，抗側(cè)力的主要構(gòu)件均為墻體，故墻體必須同時(shí)滿足強(qiáng)度及抗震構(gòu)造措施的要求。

5.多層砌體房屋的抗震構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施是為了彌補(bǔ)抗震驗(yàn)算的不足及無(wú)法計(jì)算的部分，更是用來(lái)滿足“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)要求的。對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)顯得尤其重要。主要的抗震構(gòu)造措施有以下幾點(diǎn)：

1）.多層砌體房屋構(gòu)造柱設(shè)置要求

磚砌墻體為脆性材料，其抗震性能、變形能力及延性較差，為增加多層砌體房屋的整體性，提高其抗震性能、承載能力及抵抗墻體因溫度變形而產(chǎn)生的裂縫，在多層砌體房屋中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱是一項(xiàng)很有效的措施。鋼筋混凝土構(gòu)造柱從概念上不應(yīng)理解為柱，它是一種約束砌體的邊緣構(gòu)件。其截面較小、剛度比重較小、不能單獨(dú)承受垂直荷載，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)初始的抗側(cè)力能力貢獻(xiàn)很小。但是，一旦墻體產(chǎn)生裂縫甚至裂縫貫通時(shí)，構(gòu)造柱的作用就開(kāi)始完全發(fā)揮。

2）.多層砌體房屋圈梁設(shè)置要求

抗震圈梁與鋼筋混凝土構(gòu)造柱共同組成一種“弱框架”式的圍合結(jié)構(gòu)，從縱橫兩個(gè)方向上形成約束，能有效的形成有邊緣約束的整體砌體結(jié)構(gòu)?？拐鹑α鹤鳛樗郊s束構(gòu)件，其在加強(qiáng)房屋整體性和提高砌體結(jié)構(gòu)抗震能力方面，與構(gòu)造柱的重要性是一樣的。設(shè)置抗震圈梁的位置詳見(jiàn)表5，圈梁的設(shè)置強(qiáng)調(diào)每層均在同一標(biāo)高，并且每層圈梁均應(yīng)封閉交圈，形成閉合的邊緣構(gòu)件。多層磚砌體房屋的圈梁應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土圈梁，并且與樓面板、屋面板有可靠的連接。

3）.多層砌體房屋連接要求

多層砌體結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分要通過(guò)相互連接來(lái)達(dá)到加強(qiáng)整體性，發(fā)揮整體功能，滿足房屋抗震性能的要求。在地震作用下，構(gòu)件之間的可靠連接是非常必要的，具體部位之間的連接要求如下：

（1）構(gòu)造柱與墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎，沿墻高每隔500mm設(shè)2Φ6水平鋼筋和Φ4分布短筋平面內(nèi)點(diǎn)焊組成的拉結(jié)網(wǎng)片或Φ4點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)片，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m。6、7度時(shí)底部1/3樓層，8度時(shí)底部1/2樓層，9度時(shí)全部樓層，上述拉結(jié)鋼筋網(wǎng)片應(yīng)沿墻體水平通常設(shè)置。

（2）構(gòu)造柱與圈梁連接處，構(gòu)造柱的縱筋應(yīng)在圈梁縱筋內(nèi)側(cè)穿過(guò)，保證構(gòu)造柱縱筋上下貫通。

（3）現(xiàn)澆混凝土樓板或屋面板伸進(jìn)縱、橫墻內(nèi)的長(zhǎng)度均不應(yīng)小于120mm。

（4）裝配式鋼筋混凝土樓板或屋面板，當(dāng)圈梁未設(shè)在板的同一標(biāo)高時(shí)，板段伸進(jìn)外墻的長(zhǎng)度不應(yīng)小于120mm，伸進(jìn)內(nèi)墻的長(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm或采用硬架支模連接，在梁上不應(yīng)小于80mm或采用硬架支模連接。

（5）當(dāng)板的跨度大于4.8m并與外墻平行時(shí)，靠外墻的預(yù)制板側(cè)邊應(yīng)與墻或圈梁拉結(jié)。

（6）房屋端部大房間的樓蓋，6度時(shí)房屋的屋蓋和7～9度時(shí)樓房的樓、屋蓋，當(dāng)圈梁設(shè)在板底時(shí)，鋼筋混凝土預(yù)制板應(yīng)相互拉結(jié)，并應(yīng)于梁、墻或圈梁拉結(jié)。

（7）樓、屋蓋的鋼筋混凝土梁或屋架應(yīng)與墻、柱（包括構(gòu)造柱）或圈梁可靠連接；不得采用獨(dú)立磚柱?？缍炔恍∮?m大梁的支承構(gòu)件應(yīng)采用組合砌體等加強(qiáng)措施，并滿足承載力要求。

想要更好的利用砌體材料建造造價(jià)低、抗震性能好的砌體結(jié)構(gòu)房屋，除必要的強(qiáng)度驗(yàn)算之外，更應(yīng)當(dāng)重視結(jié)構(gòu)的抗震措施，即抗震的概念設(shè)計(jì)和具體的抗震構(gòu)造措施。通過(guò)上述構(gòu)造措施的加強(qiáng)，可以使砌體滿足抗震設(shè)防要求“小震不壞、中震可修、大震不倒”，保證人民生命、國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失。